本發(fā)明涉及配電網(wǎng)故障檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障選線方法。

背景技術(shù)：

受自然環(huán)境、線路架空距離低等因素影響，配電網(wǎng)中常發(fā)生經(jīng)非理想導(dǎo)體的單相高阻接地故障，如導(dǎo)線跌落在草地、馬路、沙地、水塘等。據(jù)不完全統(tǒng)計，高阻接地約占到接地故障總數(shù)的5-10％。法國小電流接地系統(tǒng)有超過12％的接地故障為高阻接地故障。由于高阻接地故障電流小(一般為A級)、故障點不穩(wěn)定等原因，當配電線路發(fā)生永久性高阻接地故障后難以被檢測到，使得系統(tǒng)長時間帶故障運行，這可能導(dǎo)致相間故障或短路故障，擴大故障范圍。因此當線路發(fā)生高阻故障后，需要快速的定位到故障區(qū)段并做出相應(yīng)隔離措施。特別是對于諧振接地系統(tǒng)，由于消弧線圈的補償作用，故障線路故障區(qū)段工頻電流和健全區(qū)段相比沒有明顯故障特征等原因，諧振接地系統(tǒng)的高阻接地故障定位仍然是一個非常大的挑戰(zhàn)。

近年來，小電流接地方式配電網(wǎng)中發(fā)生單相(小電流)接地故障時，在故障線路選擇基礎(chǔ)上，確定故障點距離或故障區(qū)段，可以進一步縮小故障查找和修復(fù)時間，將成為小電流接地故障檢測技術(shù)研究和應(yīng)用的熱點、重點?，F(xiàn)有的針對低阻接地故障區(qū)段定位方法可分為兩類：一類是主動式定位方法，利用一次設(shè)備動作產(chǎn)生較大的擾動電流或者利用人工直接向系統(tǒng)注入特定電流調(diào)節(jié)消弧線圈的補償度，根據(jù)零序電流變化量確定故障區(qū)段；另一類是被動式定位方法，利用接地故障過渡過程中的暫態(tài)信號幅值比較、極性比較、功率方向等原理進行故障定位?，F(xiàn)有的低阻(金屬性)接地故障定位尚未完全解決，且均不適用于高阻接地故障，因此更是無暇顧及關(guān)于故障電氣量特征不明顯的高阻接地故障定位技術(shù)的研究，所以鮮少見到相關(guān)的研究報道。

對于小電流接地系統(tǒng)，工頻電流自身無明顯故障特征無法直接用以故障檢測(工頻電流有功分量理論上可行，但含量較小、易受TV/TA傳變特性影響，實用存在較大困難)。本專利利用高阻接地故障過渡過程中消弧線圈與系統(tǒng)對地電容間并聯(lián)諧振產(chǎn)生的暫態(tài)電氣量實現(xiàn)故障定位將具有獨特的優(yōu)勢，為小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障定位技術(shù)研究提供一個全新的思路，有著廣泛的實際應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障選線方法,解決了高阻接地故障在小電流接地系統(tǒng)中的定位難題、有著廣泛的實際應(yīng)用價值。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障選線方法，包括以下步驟：

步驟S1：設(shè)置于各條線路的各監(jiān)測點上的饋線終端實時采集各個監(jiān)測點的零序電流i_oj和零序電壓；

步驟S2：設(shè)置于變電站內(nèi)部的選線裝置采集母線上的零序電壓u_b并傳輸至設(shè)置在主控室的故障定位主站，所述故障定位主站根據(jù)u^b幅值判斷系統(tǒng)是否發(fā)生高阻接地故障，若是，則進入步驟S3，若不是，則所述選線裝置繼續(xù)采集母線上的零序電壓；

步驟S3：所述故障定位主站啟動所述選線裝置選擇發(fā)生故障線路，并將選線結(jié)果和各條線路出口的零序電流采集數(shù)據(jù)上報至所述故障定位主站；

步驟S4：當故障線路上各監(jiān)測點上的零序電壓與零序電流的突變量超過預(yù)設(shè)的門檻值時，設(shè)置于該故障線路上各監(jiān)測點的饋線終端將步驟S1中采集到的該故障線路上各監(jiān)測點的零序電壓與零序電流的數(shù)據(jù)并上報至所述故障定位主站；

步驟S5：所述故障定位主站接收所述選線裝置和各個饋線終端的采集數(shù)據(jù)，并計算分析得出故障區(qū)段。

進一步地，所述故障定位主站根據(jù)u_b幅值判斷系統(tǒng)是否發(fā)生高阻接地故障，具體為：若u_b幅值處于U_th1＜U_b＜U_th2時，則所述故障定位主站判斷系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障；其中U_th1與U_th2為預(yù)設(shè)的閾值；

進一步地，所述步驟S2中的閾值U_th1＝15V，U_th2＝90V。

進一步地，所述步驟S5具體包括以下步驟：

步驟S51：所述故障定位主站對接收到的母線的零序電壓u_b、故障線路上各監(jiān)測點零序電流i_oj的數(shù)據(jù)進行濾波，分別提取其暫態(tài)分量u_{b_T}、i_{oj_T}；u_{b_T}為母線暫態(tài)零序電壓，i_{oj_T}為故障饋線上的各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流；

步驟S52：將各個監(jiān)測點的暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓做投影，得到投影系數(shù)；

步驟S53：比較各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流投影系數(shù)大小；

步驟S54：選擇投影系數(shù)最大監(jiān)測點下游區(qū)段為故障區(qū)段。

進一步地，所述步驟S52中，根據(jù)下述公式計算各個監(jiān)測點的暫態(tài)零序電流的投影系數(shù)p_{0j_T}：

本發(fā)明還采用以下方案實現(xiàn)：一種小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障選線方法的系統(tǒng)，包括設(shè)置在變電站內(nèi)部的選線裝置、設(shè)置在各條線路上各監(jiān)測點的饋線終端、設(shè)置在主控室的故障定位主站；所述選線裝置用以采集母線零序電壓以及各條線路出口的零序電流；所述饋線終端用以采集各饋條線路上各監(jiān)測點的零序電壓與零序電流；所述故障定位主站用以接收所述故障選線裝置與所述饋線終端設(shè)備采集的信息，并計算故障線路各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流在母線暫態(tài)零序電壓上的投影分量，通過比較各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流投影系數(shù)大小確定故障區(qū)段。

進一步地，所述故障定位主站根據(jù)零序電壓u_b幅值判斷系統(tǒng)是否發(fā)生高阻接地故障，具體為：若零序電壓u_b幅值處于U_th1＜U_b＜U_th2時，則所述故障定位主站判斷系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障。

進一步地，所述U_th1＜U_b＜U_th2中，閾值U_th1＝15V，U_th2＝90V。

進一步地，所述故障定位主站確定故障線路上的故障區(qū)段具體包括以下步驟：

步驟S21：所述故障定位主站對接收到的母線的零序電壓u_b、故障線路上各監(jiān)測點零序電流i_oj的數(shù)據(jù)進行濾波，分別提取其暫態(tài)分量u_{b_T}、i_{oj_T}；u_{b_T}為母線暫態(tài)零序電壓，i_{oj_T}為故障饋線上的各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流；

步驟S22：將各個監(jiān)測點的暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓做投影，得到投影系數(shù)；

步驟S23：比較各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流投影系數(shù)大小；

步驟S24：選擇投影系數(shù)最大監(jiān)測點下游區(qū)段為故障區(qū)段。

進一步地，所述故障定位主站根據(jù)下述公式計算各個監(jiān)測點的暫態(tài)零序電流的投影系數(shù)p_{0j_T}：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障定位問題，根據(jù)故障選線結(jié)果，故障線路各區(qū)段上、下游各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓做投影，計算投影系數(shù)。比較各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流投影分量的投影系數(shù)大小，選取投影系數(shù)最大檢測點下游區(qū)段為故障區(qū)段，因此有效解決了高阻接地故障在小電流接地系統(tǒng)中的定位難題、有著廣泛的實際應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為一種典型配網(wǎng)自動化定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的選線流程框圖；

圖3為典型配電線路仿真模型；

圖4(a)為圖3所示系統(tǒng)中發(fā)生接地電阻為30Ω的高阻接地故障時各候選監(jiān)測點電流母線電壓的零序分量波形對比；

圖4(b)為圖3所示系統(tǒng)中發(fā)生接地電阻為30Ω的高阻接地故障時各候選監(jiān)測點電流母線電壓的暫態(tài)分量波形對比；

圖4(c)為圖3所示系統(tǒng)中發(fā)生接地電阻為30Ω的高阻接地故障時各候選監(jiān)測點電流母線電壓的投影分量波形對比；

圖5(a)為圖3所示系統(tǒng)中發(fā)生接地電阻為1500Ω的高阻接地故障時各候選監(jiān)測點電流母線電壓的零序分量波形對比；

圖5(b)為圖3所示系統(tǒng)中發(fā)生接地電阻為1500Ω的高阻接地故障時各候選監(jiān)測點電流母線電壓的暫態(tài)分量波形對比；

圖5(c)為圖3所示系統(tǒng)中發(fā)生接地電阻為1500Ω的高阻接地故障時各候選監(jiān)測點電流母線電壓的投影分量波形對比。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。

本實施例提供一種小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障選線方法，如圖2所示，包括以下步驟：

步驟S1：設(shè)置于各條線路的各監(jiān)測點上的饋線終端實時采集各個監(jiān)測點的零序電流i_oj和零序電壓；

步驟S2：設(shè)置于變電站內(nèi)部的選線裝置采集母線上的零序電壓u_b并傳輸至設(shè)置在主控室的故障定位主站，所述故障定位主站根據(jù)u^b幅值判斷系統(tǒng)是否發(fā)生高阻接地故障，若是，則進入步驟S3，若不是，則所述選線裝置繼續(xù)采集母線上的零序電壓；

步驟S3：所述故障定位主站啟動所述選線裝置選擇發(fā)生故障線路，并將選線結(jié)果和各條線路出口的零序電流采集數(shù)據(jù)上報至所述故障定位主站；

步驟S4：當故障線路上各監(jiān)測點上的零序電壓與零序電流的突變量超過預(yù)設(shè)的門檻值時，設(shè)置于該故障線路上各監(jiān)測點的饋線終端將步驟S1中采集到的該故障線路上各監(jiān)測點的零序電壓與零序電流的數(shù)據(jù)并上報至所述故障定位主站；

步驟S5：所述故障定位主站接收所述選線裝置和各個饋線終端的采集數(shù)據(jù)，并計算分析得出故障區(qū)段。

在本實施例中，所述故障定位主站根據(jù)u_b幅值判斷系統(tǒng)是否發(fā)生高阻接地故障，具體為：若u_b幅值處于U_th1＜U_b＜U_th2時，則所述故障定位主站判斷系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障；其中U_th1與U_th2為預(yù)設(shè)的閾值；

在本實施例中，所述步驟S2中的閾值U_th1＝15V，U_th2＝90V。

在本實施例中，所述步驟S5具體包括以下步驟：

步驟S51：所述故障定位主站對接收到的母線的零序電壓u_b、故障線路上各監(jiān)測點零序電流i_oj的數(shù)據(jù)進行濾波，分別提取其暫態(tài)分量u_{b_T}、i_{oj_T}；u_{b_T}為母線暫態(tài)零序電壓，i_{oj_T}為故障饋線上的各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流；

步驟S52：將各個監(jiān)測點的暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓做投影，得到投影系數(shù)；

步驟S53：比較各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流投影系數(shù)大?。?/p>

步驟S54：選擇投影系數(shù)最大監(jiān)測點下游區(qū)段為故障區(qū)段。

在本實施例中，所述步驟S52中，根據(jù)下述公式計算各個監(jiān)測點的暫態(tài)零序電流的投影系數(shù)p_{0j_T}：

在本實施例中，如圖1所示，一種小電流接地系統(tǒng)高阻接地故障選線方法的系統(tǒng)，包括設(shè)置在變電站內(nèi)部的選線裝置、設(shè)置在各條線路上各監(jiān)測點的饋線終端、設(shè)置在主控室的故障定位主站；所述選線裝置用以采集母線零序電壓以及各條線路出口的零序電流；所述饋線終端用以采集各饋條線路上各監(jiān)測點的零序電壓與零序電流；所述故障定位主站用以接收所述故障選線裝置與所述饋線終端設(shè)備采集的信息，并計算故障線路各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流在母線暫態(tài)零序電壓上的投影分量，通過比較各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流投影系數(shù)大小確定故障區(qū)段。

在本實施例中，所述故障定位主站根據(jù)零序電壓u_b幅值判斷系統(tǒng)是否發(fā)生高阻接地故障，具體為：若零序電壓u_b幅值處于U_th1＜U_b＜U_th2時，則所述故障定位主站判斷系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障。

在本實施例中，所述U_th1＜U_b＜U_th2中，閾值U_th1＝15V，U_th2＝90V。

在本實施例中，所述故障定位主站確定故障線路上的故障區(qū)段具體包括以下步驟：

步驟S21：所述故障定位主站對接收到的母線的零序電壓u_b、故障線路上各監(jiān)測點零序電流i_oj的數(shù)據(jù)進行濾波，分別提取其暫態(tài)分量u_{b_T}、i_{oj_T}；u_{b_T}為母線暫態(tài)零序電壓，i_{oj_T}為故障饋線上的各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流；

步驟S22：將各個監(jiān)測點的暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓做投影，得到投影系數(shù)；

步驟S23：比較各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流投影系數(shù)大??；

步驟S24：選擇投影系數(shù)最大監(jiān)測點下游區(qū)段為故障區(qū)段。

進一步地，所述故障定位主站根據(jù)下述公式計算各個監(jiān)測點的暫態(tài)零序電流的投影系數(shù)p_{0j_T}：

在本實施例中，當該系統(tǒng)正常運行時，線路中的饋線終端一直處于對線路各監(jiān)測點零序電流和零序電壓(有條件時)信號采樣的狀態(tài)，并將零序電壓采樣信號或零序電流變化量的與裝置啟動門檻值進行比較判斷母線零序電壓幅值是否處于U_th1＜U_b＜U_th2時(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，判斷是否符合裝置啟動條件；選線裝置負責監(jiān)測母線零序電壓和各條饋線出口零序電流信號，正常工作時對監(jiān)測信號進行采樣，并將零序電壓的采樣值與裝置啟動門檻值進行比較，判斷線路中是否有故障發(fā)生；定位主站負責接收饋線終端和選線裝置上報的故障數(shù)據(jù)，并進行故障定位，正常工作時會對饋線終端和選線裝置進行狀態(tài)查詢，避免裝置退出工作狀態(tài)。

當該系統(tǒng)故障時，即線路中發(fā)生小電流接地故障時，線路饋線終端根據(jù)零序電流變化量或零序電壓(有條件時)信號啟動，記錄各監(jiān)測點三個周波的故障零序電壓電流信號，并將帶有時間標簽的故障數(shù)據(jù)上報至定位主站；選線裝置根據(jù)母線處零序電壓啟動，當母線零序電壓幅值處于U_th1＜U_b＜U_th2時(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，則說明系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障，啟動裝置，并記錄母線處零序電壓、各條饋線母線出口處的零序電流信號、故障持續(xù)時間、故障發(fā)生時間、故障線路、故障相等故障數(shù)據(jù)，并將故障數(shù)據(jù)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)化上報至定位主站；定位主站負責接收選線裝置和饋線終端上報的故障數(shù)據(jù)，并進行故障區(qū)段定位。

在本實施例中，如圖3所示的中性點經(jīng)消弧線圈接地的混合線路模型，設(shè)置線路5區(qū)域2發(fā)生高阻接地故障，驗證上述算法的有效性。

(一)發(fā)生30Ω的高阻接地故障

a.當母線零序電壓幅值處于U_th1＜U_b＜U_th2時(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，則說明系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障，變電所終端啟動，選擇故障線路5，并將選線結(jié)果和故障線路出口零序電流采集數(shù)據(jù)上報主站；

b.當零序電壓或零序電流突變量超越預(yù)設(shè)門檻時，各饋線終端啟動，將故障零序電壓電流采集數(shù)據(jù)上報主站，如圖4(a)所示；

c.主站接收變電所終端和饋線各監(jiān)測點零序電壓電流采集數(shù)據(jù)，對零序電壓u_b、故障線路各監(jiān)測點零序電流i_0j數(shù)據(jù)進行濾波，分別提取其暫態(tài)分量i_{0j_T}、u_{b_T}，如圖4(b)所示，對健全線路終端數(shù)據(jù)則不予處理；

d.將各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓做投影，根據(jù)下述公式計算各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流的投影系數(shù)p_{0j_T}：

p_{01_T}＝2.5e-03；p_{02_T}＝2.6e-03；p_{03_T}＝-1.3e-04；p_{04_T}＝-6.4e-05；

e.比較各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流投影系數(shù)大?。?/p>

f.選擇投影系數(shù)最大監(jiān)測點下游區(qū)段為故障區(qū)段，如圖4(c)所示。

(二)發(fā)生1500Ω的高阻接地故障

a.當母線零序電壓幅值處于U_th1＜U_b＜U_th2時(一般的U_th1＝15V，U_th2＝90V)，則說明系統(tǒng)發(fā)生高阻接地故障，變電所終端啟動，選擇故障線路5，并將選線結(jié)果和故障線路出口零序電流采集數(shù)據(jù)上報主站；

b.當零序電壓或零序電流突變量超越預(yù)設(shè)門檻時，各饋線終端啟動，將故障零序電壓電流采集數(shù)據(jù)上報主站，如圖5(a)所示；

c.主站接收變電所終端和饋線各監(jiān)測點零序電壓電流采集數(shù)據(jù)，對零序電壓u_b、故障線路各監(jiān)測點零序電流i_0j數(shù)據(jù)進行濾波，分別提取其暫態(tài)分量i_{0j_T}、u_{b_T}，如圖5(b)所示，對健全線路終端數(shù)據(jù)則不予處理；

d.將各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流向母線暫態(tài)零序電壓做投影，根據(jù)下述公式計算各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流的投影系數(shù)p_{0j_T}：

p_{01_T}＝1.3e-04；p_{02_T}＝1.5e-04；p_{03_T}＝-3.3e-05；p_{04_T}＝-1.6e-05；

e.比較各監(jiān)測點暫態(tài)零序電流投影系數(shù)大?。?/p>

f.選擇投影系數(shù)最大監(jiān)測點下游區(qū)段為故障區(qū)段，如圖4(c)所示。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。